与传统的以导热油等为中间介质的光热发电集热系统相比,直接蒸汽产生（Direct Steam Generation,DSG）抛物槽式太阳能集热技术具有效率高、成本低和无污染等优点,是一类具有良好发展潜力的太阳能集热技术。由于太阳辐射的间歇性和随机性,DSG槽式太阳能集热系统在运行过程中经常性地出现工况的大幅度变动,非线性特征十分显著,系统的控制问题十分复杂。建立有效的数学模型,掌握集热器内液相流体预热及相变过程动态特性,是DSG槽式太阳能集热系统设计与控制的重要前提和基础。围绕DSG槽式太阳能集热系统及其运行特性,国内外学者开展了富有成效的研究。对于集热系统建模及动态特性仿真问题,普遍基于空间控制体思想（即欧拉法）,建立集热管内流体参数控制方程以及对应的数值模型。然而,DSG系统在运行过程中经常性地出现工况的大幅度变化,导致集热管内各环节之间的边界位置产生十分明显的变化。采用上述基于空间控制体思想的研究方案,需要针对集热管内的单相流体环节和两相流体环节,分别建立对应的移动边界模型。这导致系统数学模型及数值方法缺乏必要的通用性,当系统工况出现大幅度变动时,模型的数值稳定性也难以保证。针对以上问题,本文以建立DSG槽式太阳能集热系统通用模型为基本出发点,在过程数学描述、数值分析方法及其实际应用等几个方面进行了系统的研究工作。论文的主要研究工作包括:（1）针对DSG槽式太阳能集热系统建模存在的问题,基于拉格朗日流体微元追踪思想,建立了DSG槽式太阳能集热器的通用一维分布参数模型。构造了集热器内单相和两相流体热力参数变化规律的统一数学描述,建立了集热管工质预热及相变过程各环节（加热水环节、蒸发环节和过热蒸汽环节）的通用一维分布参数模型。同时,由于在各流体环节热力参数瞬态分布描述过程采用了微元追踪思想,流体的时间坐标和空间坐标一一对应,成功实现了集热系统动静态过程工质热力参数分布的一体化描述。（2）基于流体微元追踪思想,开发了一种与上述通用分布参数模型对应的流体微元追踪（Fluid Parcel-Tracking,FPT）计算技术,提出了集热管内流体预热过程及相变过程的通用动态计算方法,通过流体微元追踪计算,确定流体热力状态参数瞬态分布以及流体相变界面的瞬态位置。借助已有的DSG集热器静态和动态实验结果,验证了上述模型及计算方法的可靠性。数值仿真试验表明,上述模型具有良好的通用性,能够合理反映在大幅度扰动工况下,集热器内过热蒸汽环节和汽液两相环节的消失和再生过程。本文提供的上述模型及算法,对于DSG系统动、静态特性分析,以及控制系统的设计与考核等,应该具有一定的实用价值。（3）采用模块化方法,建立了DSG槽式太阳能集热系统相关组件（汽水分离器、阀门、喷水减温器等）的动态模型,构造了DSG槽式太阳能集热系统的整体模型,以DISS试验平台为对象,研究了在典型扰动工况下直通运行模式和再循环运行模式DSG槽式集热系统的动态特性,并对两种典型运行模式下DSG槽式太阳能集热系统的响应特征进行了对比分析。（4）在前述DSG槽式太阳能集热系统通用分布参数模型基础上,建立了集热系统的水动力特性模型,研究了DSG槽式太阳能集热系统的水动力特性。讨论了系统运行参数（太阳辐射强度、入口水温、工作压力）和结构参数（集热系统管路长度和集热管内径）对系统水动力特性的影响;研究了DSG槽式太阳能集热系统并联管路之间的热工水力偏差特性,分析了当太阳能辐射强度分配不均时,并联集热管路的流量偏差和热偏差特性。本文提供的通用分布参数模型及FPT算法,既实现了集热器内单相、两相流体热力参数变化规律的统一计算,又实现了DSG抛物槽式太阳能集热系统动静态一体化计算。这不仅丰富了DSG槽式太阳能集热系统的建模方法,而且对DSG槽式太阳能集热系统的初期设计、动态特性的实时分析,以及DSG系统控制器的设计与考核等,具有一定的实用价值。此外,所建立的模型及FPT计算方法也可推广至其他热力系统或热力设备的动、静态运行特性分析。